3-5-共點力平衡-人教版(2019)高中物理必修第一冊教案

第三章第五節(jié)共點力的平衡【教學(xué)目標(biāo)】1.知道什么是共點力2.理解共點力的平衡的條件3.正交分解法的應(yīng)用【核心素養(yǎng)發(fā)展】核心知識1.理解共點力的平衡的條件2.正交分解法的應(yīng)用核心能力1.用共點力的平衡條件解決實際問題2.用正交分解法解決問題3.通過鼓勵學(xué)生動手、大膽質(zhì)疑、勇于探索，可提高學(xué)生自信心并養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣．科學(xué)品質(zhì)1．經(jīng)歷觀察、實驗、探究等學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)尊重客觀事實、實事求是的科學(xué)態(tài)度．2．通過研究性學(xué)習(xí)，獲得成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)好物理的信心．【教學(xué)重點】1.理解共點力的平衡的條件2.正交分解法【教學(xué)難點】1.理解共點力的平衡的條件2.正交分解法【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。探究法、討論法、實驗法。（一）新課導(dǎo)入初中我們學(xué)過二力平衡，同時也學(xué)過同一直線上的多力平衡，上節(jié)我們學(xué)習(xí)了力的合成和力的分解，下面我們用平行四邊形定則來解決不在一條直線上的多個力的平衡問題。（二）新課內(nèi)容一、共點力(1)共點力：如果一個物體受到兩個或更多力的作用，這些力共同作用在物體的同一點上或者雖不作用在同一點上，但它們的延長線交于一點，這樣的一組力叫做共點力。(2)力的合成的平行四邊形定則只適用于共點力。共點力的幾種情況(1)幾個力同時作用于同一點(即力的作用點重合)，如圖3－4－2甲所示。圖3－4－2(2)同時作用在同一物體上的幾個力，雖然作用點并不重合，但是這幾個力的作用線的正向或反向延長線能夠相交于同一點，如圖乙所示。(3)當(dāng)一個物體可以被視為質(zhì)點(即它的形狀、大小對所研究的問題沒有影響)時，作用在物體上的幾個力就可以認(rèn)為是共點力，如圖丙所示。二、共點力的平衡條件1．平衡狀態(tài)物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。2．平衡條件在共點力作用下，物體的平衡條件是合力為0。3．對平衡狀態(tài)的理解(1)兩種平衡狀態(tài)：共點力作用下的平衡狀態(tài)包括靜止?fàn)顟B(tài)和勻速直線運動狀態(tài)。(2)“靜止”和“v＝0”的區(qū)別與聯(lián)系v＝0eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a＝0時，是靜止，是平衡狀態(tài),a≠0時，不是平衡狀態(tài)))總之，平衡狀態(tài)是指a＝0的狀態(tài)。例1：在科學(xué)研究中，可以用風(fēng)力儀直接測量風(fēng)力的大小，其原理如圖所示。儀器中一根輕質(zhì)金屬絲，懸掛著一個金屬球。無風(fēng)時，金屬絲豎直下垂；當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時，金屬絲偏離豎直方向一個角度。風(fēng)力越大，偏角越大。通過傳感器，就可以根據(jù)偏角的大小指示出風(fēng)力。那么，風(fēng)力大小F跟金屬球的質(zhì)量m、偏角θ之間有什么樣的關(guān)系呢？[思路點撥]金屬球處于三力平衡狀態(tài)，可以應(yīng)用分解法、合成法或正交分解法求解。解析：取金屬球為研究對象，有風(fēng)時，它受到3個力的作用：重力mg、水平方向的風(fēng)力F和金屬絲的拉力FT，如圖所示。這3個力是共點力，在這三個共點力的作用下金屬球處于平衡狀態(tài)，則這3個力的合力為零。根據(jù)任意兩力的合力與第3個力等大反向求解，可以根據(jù)力的三角形定則求解，也可以用正交分解法求解。法一：(力的合成法)如圖甲所示，風(fēng)力F和拉力FT的合力與重力等大反向，由平行四邊形定則可得F＝mgtanθ。法二：(力的分解法)重力有兩個作用效果：使金屬球抵抗風(fēng)的吹力和使金屬絲拉緊，所以可以將重力沿水平方向和金屬絲的方向進行分解，如圖乙所示，由幾何關(guān)系可得F＝F′＝mgtanθ。答案：F＝mgtanθ三、正交分解法求合力1.概念把力沿著兩個選定的互相垂直的方向分解的方法，叫做力的正交分解法。2．選取坐標(biāo)系的原則一般情況下，坐標(biāo)系的選取是任意的，為使問題簡化，坐標(biāo)系的選取一般有兩個原則：(1)使盡量多的力處在坐標(biāo)軸上。(2)盡量使待求力處在坐標(biāo)軸上。3．正交分解法求合力的步驟(1)建立坐標(biāo)系：以共點力的作用點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系，其中x軸和y軸的選擇應(yīng)使盡量多的力處在坐標(biāo)軸上。(2)正交分解各力：將每一個不在坐標(biāo)軸上的力分解到x軸和y軸上，并求出各分力的大小，如圖1所示。圖1(3)分別求出x軸、y軸上各分力的合力，即Fx＝F1x＋F2x＋F3x；Fy＝F1y＋F2y＋F3y。(4)求共點力的合力：合力大小F＝eq\r(F\o\al(2,x)＋F\o\al(2,y))，設(shè)合力的方向與x軸的夾角為α，則tanα＝eq\f(Fy,Fx)。4．對共點力作用下平衡條件的理解(1)共點力作用下物體的平衡條件兩種表達(dá)式①F合＝0②正交表示法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(F合x＝0,F合y＝0))，其中F合x和F合y分別是將力進行正交分解后，物體在x軸和y軸上所受的合力。(2)由平衡條件得出的結(jié)論①物體受兩個力作用平衡時，這兩力必大小相等，方向相反，作用在同一直線上。②物體受三個力作用平衡時，其中任意兩力的合力必與第三個力等大反向。③物體受三個以上的力作用平衡時，其中任意一個力與其余幾個力的合力等大反向。四、求解共點力平衡問題的一般步驟(1)選取研究對象；(2)對所選取的研究對象進行受力分析，并畫出受力示意圖；(3)對研究對象所受的力進行處理，采用合成法(或分解法)、或者正交分解法，建立合適的直角坐標(biāo)系，對各個力進行正交分解；(4)由平衡條件列方程，F(xiàn)x合＝0，F(xiàn)y合＝0；(5)應(yīng)用解三角形的方法或利用方程組求解，必要時需對解進行討論。五、正交分解法解力的平衡問題物體受到三個或三個以上力的作用處于平衡狀態(tài)時，常用正交分解法列平衡方程求解：Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0。為方便計算，建立坐標(biāo)系時以使盡可能多的力落在坐標(biāo)軸上為原則。例2：如圖2所示，用與水平成θ角的推力F作用在物塊上，隨著θ逐漸減小直到水平的過程中，物塊始終沿水平面做勻速直線運動。關(guān)于物塊受到的外力，下列判斷正確的是()圖2A．推力F先增大后減小B．推力F一直減小C．物塊受到的摩擦力先減小后增大D．物塊受到的摩擦力一直不變[解析]對物體受力分析，建立如圖3所示